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导管支架和单桩相结合的新型复合风电基础研究

作　者: 佟雯鸽
导　师: 丁红岩
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 新型复合风电基础 ABAQUS 应力位移 PEEQ
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

风能已经成为世界上发展最快的绿色能源,它作为一种清洁永续的新能源,使风力发电成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分,同时也受到了我国政府的高度重视。近年来,风电的开发逐渐的从陆上向海上发展,因此,近海风电技术越来越多的受到人们的关注。现今,海上风电不断向更深的海域和多MW级发展,这同时也对海上风机基础型式提出了更高的要求。本论文在研究目前海上风机基础型式的前提下,对目前应用较多的单桩基础和导管架基础进行组合,提出一种新型的风机基础形式——导管支架和单桩相结合的新型复合风电基础,并对其受力性能进行分析,研究其可行性。本论文的研究工作主要包括如下几个方面：(1)在分析不同海上风电支撑结构的基础上,结合目前应用较多的单桩和导管支架基础的优缺点,提出导管支架和单桩相结合的新型复合风电基础型式。(2)利用大型通用有限元软件ABAQUS,以3MW风机基础为研究对象,创建有限元模型,模拟单桩基础和新型复合风电基础的受力,分别在粉砂和粉质粘土两种土质情况下,分析此新型复合基础的受力,并以导管支架三根结构桩的直径及入土深度为变量,研究单桩的应力及水平度的变化情况。计算结果表明：随着结构桩直径或入土深度的增加,导管支架上部单桩应力基本保持不变,而单桩与泥面接触处应力和单桩水平度明显减小；其中,结构桩的入土深度增加时,用钢量的增幅较小,而单桩与泥面接触处应力和单桩水平度的减幅较大,这为以后结构的优化设计提供重要参考。(3)对具体的工程实例,拟用单桩基础和新型复合风电基础做有限元分析,在已知地质参数和荷载的基础上,根据以往的工程经验和构造要求,选取模型的基本尺寸,对新型复合风电基础和单桩基础在荷载的作用下,对应力、位移、以及其周围受荷土层的受力情况进行对比分析,进一步研究新型复合风电基础的受力性能,为以后的进一步分析奠定基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 海上风电发展历史  9-10
    1.2.2 国内风电发展现状  10-13
  1.3 本文研究的主要任务  13-14
    1.3.1 提出概念  13
    1.3.2 本论文的主要工作  13-14
第二章理论基础  14-22
  2.1 基础类型介绍  14-16
  2.2 常见的水平受荷桩计算方法  16-18
  2.3 有限元软件ABAQUS的相关知识  18-22
第三章有限元分析  22-40
  3.1 模型介绍  22-25
    3.1.1 模型尺寸  22-24
    3.1.2 土质参数及荷载  24
    3.1.3 模型设置  24-25
  3.2 受力机理分析  25-28
  3.3 影响因素分析  28-38
    3.3.1 结构桩入土深度的影响  29-33
    3.3.2 结构桩直径的影响  33-37
    3.3.3 接触面积分析  37-38
    3.3.4 用钢量分析  38
  3.4 本章小结  38-40
第四章工程实例  40-55
  4.1 工程概况  40-44
    4.1.1 概述  40
    4.1.2 工程地质条件  40-42
    4.1.3 荷载  42-44
  4.2 有限元模型  44-45
    4.2.1 模型尺寸  44-45
    4.2.2 计算参数  45
  4.3 计算结果分析  45-54
    4.3.1 荷载-位移曲线  45-46
    4.3.2 应力变化  46-48
    4.3.3 桩顶位移和泥面处位移  48
    4.3.4 桩身位移曲线  48-52
    4.3.5 竖向位移  52
    4.3.6 合位移矢量图  52-53
    4.3.7 等效塑性应变  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章结论与展望  55-57
  5.1 结论  55-56
    5.1.1 有限元分析  55
    5.1.2 工程实例  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-61
发表论文和参加科研情况说明  61-62
致谢  62

导管支架和单桩相结合的新型复合风电基础研究

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